Spontaneous valley polarization of interacting carriers in a monolayer semiconductor
我们报道了门控WSe $_2$单分子膜在高达60 T的强磁场中的磁吸收光谱。当掺杂有移动空穴的2D费米海时，在两个$σ^\pm$圆偏振中观察到良好分辨的光学跃迁序列，其明确且单独地指示在$K$和$K'$谷中填充的朗道能级（LL）的数量。这揭示了相互作用增强的谷塞曼能量，这被发现是高度可调的空穴密度$p$。我们利用这种可调谐性来排列$K$和$K'$中的LL，并发现二维空穴气体变得不稳定，对LL填充的小变化，可以自发地山谷。这些结果不能理解在一个单一的粒子图片，突出了交换相互作用的重要性，在确定的基态的二维载流子在单层半导体。
2020-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley relaxation of resident electrons and holes in a monolayer semiconductor: Dependence on carrier density and the role of substrate-induced disorder
利用时间分辨的光学克尔旋转，我们测量了剥离的WSe $_2$单分子膜中的电子和空穴的低温谷动力学作为载流子密度的系统函数。为了调和迄今为止报道的单层半导体中载流子谷动力学的许多不同的时间尺度，我们直接比较了具有不同介电环境的两个静电门控WSe $_2$单层中的掺杂依赖的谷弛豫。在完全封装的结构（hBN/WSe $_2$ /hBN，其中hBN是六方氮化硼）中，发现谷弛豫是单指数的。在低载流子密度下，谷弛豫时间$τ_v$相当长（$\sim$ 10~ $μ$ s），但在高电子或空穴密度下迅速减小到小于100~ns（$\gtrsim$ ~cm $^{-2}$）.相反，在直接置于二氧化硅上的部分包封的WSe $_2$单层（hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$）中，载流子谷弛豫在低载流子密度下是多指数的。这种差异归因于来自SiO $_2$衬底的环境无序。出乎意料的是，非常小的面外磁场可以增加$τ_v$，特别是在hBN/WSe $_2$ /SiO $_2$结构中，这表明由无序诱导的局域态可以在去极化自旋和介导单层过渡金属-二硫族化物半导体中的驻留载流子的谷弛豫中起重要作用。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons and trions in monolayer semiconductors with correlated electrons
本文采用递归方法计算关联电子单层半导体中电荷密度及 Wigner 晶格形成对激子、三激子谱的影响，并揭示自旋和谷量子数对激子能量的作用。
2023-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-Optics of Exciton Rydberg States in a Monolayer Semiconductor
我们报告了典型单层半导体WSe $_2$中激子里德堡态的65特斯拉磁吸收光谱。强烈的场依赖性和不同的能量变化的2s，3s和4s激发中性激子允许其明确的识别，并允许定量比较领先的理论模型。的大小（通过低场抗磁位移）和能量的$ns$激子状态同意非常好的详细的数值模拟使用非氢屏蔽凯尔迪什势的二维半导体。此外，在最高磁场下，弱束缚的3s和4s激子的近线性抗磁位移提供了激子约化质量$m_r = 0.20 \pm 0.01~m_0$的直接实验测量。
2018-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confined monolayer Ag as a large gap 2D semiconductor and its momentum resolved excited states
2D材料具有有趣的量子现象，与它们的大块材料截然不同。最近，外延合成的晶圆级二维金属，元素原子组成，吸引了人们的注意，不仅是因为他们的潜在应用，但也为奇异的量子效应，如超导。通过使用时间分辨和角度分辨光电子能谱（ARPES）映射动量分辨电子态，我们揭示了限制在双层石墨烯和SiC之间的单层Ag是一个大间隙（> 1 eV）的2D半导体，与GW校正的密度泛函理论一致。测得的价带色散与DFT-GW准粒子带相匹配。然而，导带色散示出了2.4 m0的极大有效质量。这种大的增强的表观质量的可能机制进行了讨论。
2022-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Donor-Bound Excitons in Ultraclean Monolayer Semiconductors
过渡金属双硫族化合物单层膜是一种新兴的半导体平台，具有丰富的激子物理特性，具有耦合的自旋谷自由度和光寻址能力。在这里，我们报告了一系列新的低能量激子发射线的超净单层WSe 2的光致发光光谱。这些激子卫星由三个主峰组成，其能量分离与已知声子相匹配，并且仅在电子掺杂时出现。它们具有均匀的空间和光谱分布，强的功率饱和，以及非常长的布居（> 6 $μ$ s）和偏振寿命（> 100 ns）。自由谷间和谷内亮trions的共振激发导致卫星的相反的光学取向，而自由暗trions共振的激发抑制卫星的光致发光。缺陷控制的晶体合成和扫描隧道显微镜测量提供了佐证，这些功能是暗激子绑定到稀释的捐助者，以及相关的声子副本。我们的工作为设计同质单发射体和在超净2D半导体中使用固有施主束缚激子探索集体量子光学现象提供了机会。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-valley qubit in nanostructures of monolayer semiconductors: Optical control and hyperfine interaction
我们研究了单电子携带的自旋谷量子比特在单层TMD纳米结构中的光学控制可能性，包括由横向异质结和带电杂质形成的小量子点。量子控制时的限制诱导谷杂交和当谷杂交是缺席讨论。我们发现，在这两种情况下，体谷和自旋光学选择规则可以以不同的形式继承，这两种情况都允许定义自旋谷量子比特与所需的光学可控性。我们还研究了核自旋引起的退相干以及利用超精细相互作用的谷间项对电子-核自旋纠缠的量子控制。讨论了单个量子点中的光控双量子比特操作。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-1 Dirac half-metal, spin-gapless semiconductor, and spin-polarized massive Dirac dispersion in transition metal dihalide monolayers
自旋-1凝聚态系统的特点是结合了Dirac-like色散和平坦能带，是实现高温电子学和自旋电子学技术在没有外部磁场的理想选择。在这项研究中，我们提出了一个三带紧束缚模型，自旋极化Haldane类次近邻隧穿，骰子晶格和自旋-1狄拉克半金属，自旋-1狄拉克自旋无隙半导体，自旋极化自旋-1质量狄拉克色散与非平凡拓扑结构可以存在于二维铁磁凝聚物质系统中的电子自旋极化P = 1。所提出的自旋极化自旋1相可以有效地实现在铁磁过渡金属二卤化物MX2单分子膜。通过第一性原理计算，我们证明了当M = Fe，X = Br，Cl时，小的压应变使MX2单层膜成为自旋为1的Dirac半金属，而当M = Co，X = Br，Cl时，MX2单层膜成为自旋为1的Dirac无带隙半导体.自旋一狄拉克无自旋带隙半导体CoBr 2和CoCl 2嵌入平带铁磁性，其中自旋轨道耦合在分散价态和导带之间打开拓扑非平凡狄拉克带隙，同时使平带不受影响。自旋极化的自旋1质量狄拉克色散中的内禀平带铁磁性是实现量子反常霍尔态（Chern数C =-2）的关键。
2019-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural distortions in monolayers of binary semiconductors
我们在第一性原理密度泛函理论的计算范围内，研究了独立的II-VI族和III-V族半导体在单层极限下的结构特性。一个非极性的屈曲结构被发现是有利于极性屈曲结构。虽然一个明显的原因，这可能是追溯到贡献的偶极偶极相互作用存在于极性结构，这将使它不稳定的非极性结构，库仑之间的相互作用的阳离子和阴离子上的电子被发现是非极性结构的原因是有利的。调节阳离子和阴离子上的电子之间的库仑相互作用的途径是通过双轴拉伸应变。这允许CdS中的平面石墨相在仅2%的拉伸应变下稳定。应变还将价带最大值从$Γ$点移动到K点，从而为探索这些材料中的自旋谷物理提供了机会。
2017-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable valley polarization, spin/valley filter, and valve effects in transition-metal dichalcogenide monolayers interfaced with two-dimensional ferromagnetic semiconductors
过渡金属二硫属化物单层中的电子谷驱动新的物理学，并允许设计多功能架构的应用。我们建议通过能带工程来操纵这些系统中的自旋/谷滤波器和阀器件的电子谷。在我们的策略中，电子谷直接耦合到二维铁磁体的自旋极化态，而不是在以前的研究中广泛使用的磁邻近效应。我们发现，这种耦合的结果在谷选择性的间隙开放，由于自旋动量锁定在过渡金属二硫属化物单层。这种物理现象引起了各种意想不到的电子性质和现象，包括半金属性，电可切换的谷极化，自旋/谷过滤器和阀效应的过渡金属二硫属化物单层。基于第一性原理计算，我们在MoTe $_2$/CoCl $_2$和CoCl $_2$/MoTe $_2$/CoCl $_2$ van der Waals异质结中进一步证明了我们的想法.因此，我们的研究提供了一种新概念器件的过渡金属二硫属化物单分子膜的电子谷工程的方法。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley Phonons and Exciton Complexes in a Monolayer Semiconductor
自旋、电荷和晶格自由度之间的耦合在广泛的基本现象中起着重要的作用。单层半导体过渡金属二硫属化物已经成为研究这些耦合效应的杰出平台，因为它们具有独特的自旋谷锁定物理，用于承载丰富的激子物种和减少对强库仑相互作用的屏蔽。在这里，我们报告的观察多个谷声子，声子的动量矢量指向角的六边形布里渊区，以及由此产生的激子复合物中的单层半导体WSe 2。从Lande g因子和光致发光峰的偏振分析，我们发现，这些谷声子导致有效的谷间散射的准粒子在激子的形成和弛豫。这导致了一系列的光致发光峰作为谷声子副本的暗trions。使用确定的谷声子，我们还发现了一个谷间激子附近的电荷中性，并提取其短程电子空穴交换相互作用约为10毫电子伏。我们的工作不仅确定了一些以前未知的二维激子物种，但也表明，单层WSe 2是一个主要的候选人研究自旋，赝自旋和带边声子之间的相互作用。
2020-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluctuation imaging of disorder in monolayer semiconductors
Ghent University（根特大学）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
本研究利用荧光波动显微镜技术，实现了单层半导体中杂质波动的成像，通过对比不同基底和热退火处理，揭示了杂质对激子稳定性的影响，为评估单层半导体质量提供了快速且有效的方法。
2026-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dynamically tunable moiré Rydberg excitons in a monolayer semiconductor on twisted bilayer graphene
莫尔激子是二维半导体中具有深莫尔超晶格势的光激发。虽然这些激发已经在几个平台中实现，但具有动态可调莫尔势以定制莫尔激子性质的系统尚未实现。在这里，我们提出了一个连续可调的莫尔电位在单层WSe 2，使其接近扭曲的双层石墨烯（TBG）附近的魔角。由于其平坦的电子能带，电荷分布是高度局域化的，并在TBG中形成三角形晶格。通过静电门控调节局部电荷密度，TBG因此提供了用于调制单层激子波函数的空间变化和动态可调的介电超晶格。通过光学反射光谱，我们观察到出射莫尔激子里德堡分支在单层WSe 2与掺杂TBG后增加的能量分裂。扭曲角的依赖性表明，观察是由于明亮和黑暗的里德伯态之间的杂交，使莫尔电位。此外，在魔角1.1°附近，由于TBG中强关联态的形成，莫尔里德堡激子在掺杂后形成了一种双折射模式.我们的研究提供了一个新的平台，工程莫尔激子，以及光学可达性的电子态与小关联隙TBG。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Breakdown of the static approximation for free carrier screening of excitons in monolayer semiconductors
本文研究了二维单层半导体中激子态的自由载流子屏蔽问题。基本的理论考虑的适用性，常用的静态近似的屏蔽效果和影响进行了讨论。我们发现，低频模型导致一个重大的高估的自由载流子响应，并不足以描述单层材料中的强束缚激子的筛选。所提出的论点与现有的高层次多体理论是一致的，并透明地说明了潜在的物理。
2018-07-23 cond-mat.mes-hall
Monolayer Semiconductor Auger Detector
半导体中的俄歇复合是一种多体现象，其中电子和空穴的复合伴随着其他载流子的激发。由于无辐射，它对光发射有害。受激载流子的多余能量通常会迅速转化为热量，使得俄歇过程难以直接探测。在这里，我们采用了一种技术，其中俄歇激发的载流子被检测到的能力，隧道的半导体通过一个薄的障碍，产生电流。我们采用垂直范德华（vdW）异质结构与单层WSe2作为半导体和宽带隙六方氮化硼（hBN）作为隧道势垒优先传输高能量俄歇激发载流子的石墨电极。俄歇过程的明确特征是当激子由共振激发产生时光电流的上升，以及激子共振随电压的移位导致的负微分光电导。我们检测到空穴俄歇激发的中性和带电激子，俄歇散射是令人惊讶的强弱激发下。在低的，受控的载流子密度下的俄歇载流子的选择性提取是由vdW异质结构实现的，说明了对可用于探测2D材料中的弛豫过程的技术的重要补充。
2020-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inhibited nonradiative decay at all exciton densities in monolayer semiconductors
大多数光电子器件在高光生载流子密度下工作，其中所有半导体都遭受增强的非辐射复合。非辐射过程成比例地降低光致发光（PL）量子产率（QY），这是一种直接决定最大器件效率的性能指标。虽然过渡金属二硫属化物（TMDC）单层膜在低激子密度下表现出接近统一的PL QY，但由van-Hove奇异性（VHS）增强的非辐射激子-激子湮灭（EEA）在高激子密度下迅速降低其PL QY，并限制了其在实际应用中的实用性。在这里，通过施加小的机械应变（<1%），我们规避VHS共振，并大大抑制EEA在单层TMDC，导致在所有激子密度接近统一的PL QY，尽管存在高的原生缺陷密度。我们的发现可以使发光器件在所有亮度下保持高效率。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomically thin MoS2: A new direct-gap semiconductor
本文研究了N = 1，2，...用光谱法研究了6种S-Mo-S单分子膜。通过吸收、光致发光和光电导光谱的表征，我们追踪了量子限制对材料电子结构的影响。随着厚度的减小，间接带隙，这是低于直接间隙的散装材料，向上移动的能量超过0.6 eV。这导致在单个单层的限制下交叉到直接带隙材料。与块状材料不同，MoS 2单层强烈发光。的独立的单层表现出的发光量子效率的增加超过1000倍的散装材料相比。
2010-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-dimensional valley excitons from Förster coupling in arbitrarily twisted stacks of monolayer semiconductors
本文研究任意扭转单层半导体堆叠中由Förster耦合产生的跨维度谷激子，揭示其维度由面内动量调控，并提出利用间隔层厚度和台阶边缘工程化拓扑界面激子，为谷激子光电子学三维集成开辟新途径。
2022-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Landau-quantized excitonic absorption and luminescence in a monolayer valley semiconductor
我们研究了单层WSe $_2$在磁场作用下的朗道量子化激子吸收和发光。我们观察到门依赖的量子振荡的亮激子和trions（或激子极化子）以及暗trions和它们的声子副本。我们的研究结果揭示了自旋和谷极化朗道能级（LL）与填充因子$n = +0, +1$在底部导带和$n = -0$ $-6$在顶部价带，包括贝里曲率诱导的$n = \pm0$大质量狄拉克费米子的LL。LL填充产生周期性的激子能量漂移的平台，伴随着激子吸收的宽度和幅度的急剧振荡。这种奇特的激子行为可以通过半经验计算来模拟。实验推导的导带和价带的g因子（g ~ 2.5和g ~ 15）分别超过了单粒子模型的预测值（g = 1.5和5.5）。这种g因子的增强意味着门控单层WSe $_2$中存在强的多体相互作用。朗道量子化、激子效应和多体相互作用之间的复杂相互作用使得单层WSe $_2$成为探索新的关联量子现象的一个有前途的平台。
2020-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer MXenes: promising half-metals and spin gapless semiconductors
半金属和自旋无隙半导体由于费米能级附近的电子完全（100%）自旋极化，是自旋电子学应用的有希望的候选者。基于石墨烯类单层过渡金属碳化物和氮化物的最新实验和理论发现，（也称为MXenes），我们从第一性原理计算证明单层Ti2C和Ti2N表现出几乎半金属的铁磁性，每个分子式单位的磁矩分别为1.91和1.00 UB，而单层V2C是具有不稳定反铁磁性的金属，单层V2N是一种非晶态金属。有趣的是，在双轴应变下，对于单层Ti 2 C，存在从接近半金属到真正半金属、自旋无隙半导体和金属的相变。在适当的双轴应变下，单层Ti_2N仍然是近半金属。单层V2C和V2N的双轴拉伸和压缩应变分别可以引起大的磁矩。我们还表明，这四个单层MXene的结构是稳定的，根据计算的形成能和声子谱。研究表明，与单层石墨烯不同，无空位、无掺杂、无外电场的单层MXenes Ti2 C和Ti2 N具有内禀磁性，特别是半金属铁磁性和自旋无隙磁性，这将为MXenes新型二维材料的自旋电子学应用提供新的研究方向.
2016-03-27 cond-mat.mes-hall
Phonon wind and drag of excitons in monolayer semiconductors
从理论上研究了过渡金属双硫族化合物单层膜中激子的非平衡输运。我们考虑激子与非平衡声子相互作用的情况，例如，在局部激发的条件下形成“热点”。我们发展了声子对激子拖曳的理论，并详细分析了声子的扩散传播和声子的弹道传播的声子风形成的制度。我们证明了类似于在[Phys. Rev. Lett. 120，207401（2018）]可以由于非平衡声子或塞贝克效应的激子拖曳而形成。
2019-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Exciton diffusion in monolayer semiconductors with suppressed disorder
单层半导体中的紧束缚激子是研究中性准粒子二维传播的一个通用平台。然而，由于对周围环境的高度敏感性，它们的内在特性可能会被空间能量波动严重掩盖。在这里，我们利用六方氮化硼中各个层的封装来强烈抑制环境紊乱。激子的扩散，然后直接监测使用时间和空间分辨发射显微镜在环境条件下。我们一直发现非常有效的传播与线性扩散系数高达10\，cm $^2$ /s，对应的室温有效迁移率高达400\，cm $^2$ /Vs以及快速扩散和短的人口寿命之间的相关性。在高密度，我们检测到不同的签名的多粒子相互作用和强烈抑制俄歇激子-激子湮灭的后果。分析和数值理论方法相结合，提供全面了解所观察到的线性和非线性传播现象的途径。我们强调暗激子状态的作用，并提出了一种机制，扩散促进自由电子空穴等离子体从熵电离激子。
2020-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of room-temperature ferromagnetic semiconducting state in graphene monolayer
室温铁磁半导体在非易失性数字电路中具有重要的应用价值，它可以提供一个理想的系统，使我们可以同时利用电子的电荷和自旋。然而，寻找室温铁磁半导体至今仍只是一个诱人的想法，从未在实践中实现。在这里，我们证明了石墨烯单层，与下面的Ni（111）衬底杂交，是室温铁磁半导体，已经持续了几十年的研究。我们的自旋极化扫描隧道显微镜（STM）的实验，辅以第一性原理计算，明确表明，石墨烯和镍衬底之间的相互作用产生了一个大的间隙在石墨烯，同时导致相对移动之间的多数和少数自旋带。因此，Ni衬底上的石墨烯片即使在室温下也表现出具有几十meV能量的自旋极化带隙。这一结果使室温铁磁半导体的科学和应用成为可能，并为基于石墨烯的新型信息技术带来了希望。
2017-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-selective exciton bistability in a suspended monolayer semiconductor
我们证明了强大的功率和波长依赖的光学双稳态WSe 2的激子共振附近的完全悬浮单分子膜。在强度为10^3 W/cm ^2的连续波光激发下实现了双稳态。所观察到的双稳态是源于光热机制，它提供了光学非线性和被动反馈，光学双稳态的两个基本要素。在有限的磁场下，激子双稳性变得依赖于螺旋度，这使得光的可重复开关纯粹由其偏振。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall
Tunable properties of excitons in double monolayer semiconductor heterostructures
本文通过切比雪夫多项式展开和连续介质模型，系统研究了带介电间隔层的TMD双层中激子结合能与能量随间隔层宽度和介电常数的可调性质。
2023-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Switching in Monolayer 2D Diluted Magnetic Semiconductors via Spin-to- Spin Conversion
针对室温下无外磁场时单层范德华磁体高效SOT开关的挑战，本研究实现了掺铁二硫化钼中垂直磁化的无场确定性非易失SOT开关，为高功率效率自旋电子存储器件提供新途径。
2024-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monolayer MnX and Janus XMnY (X, Y= S, Se, Te): A New Family of 2D Antiferromagnetic Semiconductors
我们提出了一个新的二维反铁磁（AFM）锰硫族化合物，即单层MnX和Janus XMnY（X，Y= S，Se，Te）的结构，电子和磁性的第一性原理结果，其中单层MnSe最近在实验中合成[ \href{https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c05532}{ACS Nano 15 (8),13794 (2021)} ]。通过声子色散和\textit{ab-initio}分子动力学模拟的计算，我们首先证实，这些系统，其特征在于由一个非常规的强耦合双层原子结构（由锰原子扣硫族元素形成顶部和底部铁磁（FM）平面与反平行自旋取向）是动态和热稳定的。磁性能的分析表明，这些材料具有强大的AFM秩序，保持了更低的能量比FM状态，即使在应变。我们的电子结构计算表明，原始的MnX和他们的Janus对应物是间接带隙半导体，覆盖了很宽的能量范围，并显示可调的带隙的应用双轴拉伸和压缩应变。有趣的是，由于不存在反转和时间反演对称性，以及在面外方向上存在不对称势，Janus XMnY成为自旋分裂带隙系统，呈现出丰富的物理尚待探索。我们的研究结果提供了新的见解，在这种物理，并强调了这些二维锰硫族化物在AFM自旋电子学的潜力。
2022-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxidized-monolayer Tunneling Barrier for Strong Fermi-level Depinning in Layered InSe Transistors
在基于二维半导体的场效应晶体管和光电子器件中，金属-半导体结是决定器件性能的关键因素之一。界面能隙态引起的费米能级钉扎效应严重限制了结特性的可调谐性，包括势垒高度和接触电阻。一个隧道接触方案已被提出来解决FL钉扎问题的金属-2D-半导体结，而实验实现仍然是难以捉摸的。在这里，我们表明，氧化单层启用隧穿势垒可以实现一个显着的FL脱钉在硒化铟（InSe）晶体管，表现出0.5的大钉扎因子和高度调制的肖特基势垒高度。FL脱钉可以归因于作为高质量隧穿接触的结果的金属和无序诱导的间隙状态的抑制。结构表征表明均匀和原子级薄的表面氧化层固有的范德瓦尔斯材料和原子级尖锐的氧化物-2D-半导体界面的性质。此外，通过有效地降低肖特基势垒高度，我们实现了2160厘米$^2$ /Vs的电子迁移率和65 meV的接触势垒在两端InSe晶体管。在具有氧化单层的高迁移率InSe晶体管中实现强FL脱钉提供了一种可行的策略，以在先进的电子学和光电子学的接触工程中利用层状半导体。
2019-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Defect-Mediated Carrier Dynamics in Monolayer Semiconductors by Spatiotemporal Microwave Imaging
原子级薄的过渡金属二硫属化物的光电性质与材料中缺陷的存在密切相关，这对于某些应用来说不一定是有害的。例如，缺陷可以导致增强的光电导，这是一个复杂的过程，涉及时域中的电荷产生和复合以及空间域中的载流子传输。在这里，我们报告同时在两种类型的WS2单分子膜的激光照明微波阻抗显微镜的空间和时间的光电导成像。扩散长度和载流子寿命分别从微波信号的空间分布和时间弛豫中直接提取。时间分辨实验表明，光激发载流子的临界过程是空穴从陷阱态的逃逸，这一过程决定了导带中可移动电子的表观寿命。因此，与直觉相反，CVD样品的光电导性比具有较低缺陷密度的剥离单层更强。我们的工作揭示了范德华材料对光激发的电响应的内在时间和长度尺度，这对于它们在新型光电子器件中的应用是至关重要的。
2020-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Different regimes of Forster energy transfer between an epitaxial quantum well and a proximal monolayer of semiconductor nanocrystals
我们计算了从激发态外延量子阱（QW）到近端单层半导体量子点（QD）的非辐射福斯特型能量转移（ET）的速率。量子阱中不同的电子-空穴组态被认为是温度和激发电子-空穴密度的函数。理论上确定的ET率和量子阱辐射复合率的比较表明，取决于特定的条件下，ET率是可比的，甚至大于辐射复合率。这种高效的Forster ET有望用于实现ET泵浦的基于量子点的发光器件。
2005-02-14 cond-mat.mes-hall
Uniaxial stress controlled anisotropic Rashba effects and carriers-based currents in BiTeI monolayer semiconductor
二维电子系统中Rashba效应的操纵对于自旋电子学和光电子学中的可控应用是非常期望的。在这里，通过结合第一性原理研究和模型分析，我们使用单轴应力控制BiTeI单层作为Rashba二维半导体有用的自旋和输运性质。我们发现，应力驱动的电子系统可以描述一个有效的各向异性Rashba模型，包括所有的三个泡利矩阵，和单轴应力允许面外自旋分量。当适当的电子载流子被引入到单层膜中时，由于对称性的降低，面内电场可以感应出一个电荷电流和三个自旋电流分量（包括基于面外自旋的分量）。因此，单轴应力可以用来控制这样的Rashba二维电子系统的BiTeI单层寻求有前途的设备。
2019-07-26 cond-mat.mes-hall
High-Throughput Identification and Statistical Analysis of Atomically Thin Semiconductors
针对TMD单层人工识别效率低、易出错的研究瓶颈，提出基于光致发光显微镜的全自动高通量识别方法，将识别时间降低四个数量级，实现大样本量的材料特性统计分析，提升制备效率与样品质量。
2024-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single photon emitters with polarization and orbital angular momentum locking in monolayer semiconductors
本研究提出在单层过渡金属二硫属化物中，通过应变场约束激子，实现谷-轨道角动量纠缠，并利用其发射偏振-轨道角动量锁定或纠缠的单光子，具有高集成度和可调性，适用于量子信息应用。
2023-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface excitons at lateral heterojunctions in monolayer semiconductors
我们研究了单层过渡金属二硫属化物（TMD）的横向II型异质结的界面激子，其中电子和空穴更喜欢留在结的互补侧。我们发现，虽然一维界面激子的有效半径（电子-空穴间距）远大于二维激子，但一维界面激子具有与二维激子相同数量级的巨大结合能。结合能、激子半径和光学偶极子强烈地依赖于结处的能带偏移。研究了电子-空穴库仑交换作用引起的谷间耦合和封闭三角形界面的量子限制效应。小三角形实现了对激子的一维量子点限制，当三角形尺寸变化时，我们发现激子从非简并基态到简并态的跃迁。我们的研究结果将有助于实现基于单层半导体横向异质结结构的光电子器件。
2018-07-25 cond-mat.mes-hall
Quantum interference effect on exciton transport in monolayer semiconductors
本文从理论上研究了原子薄过渡金属二硫属化物中激子的弱局域化。激子德布罗意波对形成闭合环的轨道的相长干涉导致激子扩散系数的减小。我们计算的干涉贡献的扩散系数的激子散射声学声子和静态无序的实验相关的情况。对于声学声子散射，随着温度的升高，量子干涉变得越来越重要。我们的估计表明，量子贡献的扩散系数是相当大的国家的最先进的单层和双层过渡金属dichalcogenides。
2020-04-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultra-Low Threshold Monolayer Semiconductor Nanocavity Lasers
通过光子腔设计纳米级光发射器的电磁环境可以通过Purcell机制中的腔量子电动力学显著增强其自发发射率。这种效应可以大大降低发射器的激射阈值，从而提供具有小尺寸、低功耗和超快调制的最终低阈值激光系统。通过在光子晶体腔中嵌入量子点，成功研制出了一种新型的超低阈值纳米激光器。然而，几个核心挑战阻碍了这种架构的实际应用，包括点的随机位置和成分波动，电流注入的极端困难，以及缺乏与电子电路的兼容性。在这里，我们报告了一种新的激光策略，其中原子薄的晶体半导体，即，二硒化钨（WSe 2）单层作为增益介质非破坏性且确定性地引入预制PhCC表面。一种新型的连续波纳米激光器工作在可见光区，在130 K的光泵浦阈值低至27 nW，类似于在量子点PhCC激光器中实现的值。激光作用的关键在于增益介质的单层性质，其将直接带隙激子限制在PhCC表面的1 nm内。表面增益的几何形状允许前所未有的accessibility多功能化的增益，使电泵浦操作。我们的方案是可扩展的，并与集成光子片上光通信技术兼容。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrical suppression of all nonradiative recombination pathways in monolayer semiconductors
传统半导体中的缺陷显著降低了光致发光（PL）量子产率（QY），这是直接决定最大器件效率的光电性能的关键指标。二维（2D）过渡金属二硫属化物（TMDC），如单层MoS2，通常表现出低PL QY的处理样品，这通常归因于一个大的原生缺陷密度。我们表明，PL QY的处理二硫化钼和WS2单层达到接近统一时，它们是由静电掺杂的本征，没有任何化学钝化。令人惊讶的是，中性激子复合是完全辐射的，即使在存在高的原生缺陷密度。这一发现使得TMDC单层能够用于光电子器件应用，因为降低了对低缺陷密度的严格要求。
2019-05-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Charge-carrier complexes in monolayer semiconductors
本文通过扩散量子蒙特卡洛模拟计算单层半导体中电荷载流子复合物的结合能，验证了Rytova-Keldysh势的准确性，并发现磁场对结合能的影响与实验一致，有助于识别光致发光光谱中的电荷复合物。
2022-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Rotons in Optical Excitation Spectra of Monolayer Semiconductors
光生激子决定了杂质半导体过渡金属二硫属化物单分子膜的吸收和发射光谱。我们表明，在增加电子密度，基本的光激发开发一个类似于旋转的分散体，证明了一个移动的最低能量状态的有限动量的顺序上的费米动量。这种效应是由于激子和电子费米海之间的泡利排斥而出现的，但在这些系统中，回旋子最小值的鲁棒性是库仑相互作用的长程性质和单层的非局部介电屏蔽特性的直接后果。最后，我们表明，出现的回旋可能与迄今无法解释的方面的光致发光光谱掺杂过渡金属dichalcogenide单层。
2018-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas
Dynamic modulation of phonon-assisted transitions in quantum defects in monolayer transition-metal dichalcogenide semiconductors
通过半导体中的原子点缺陷实现量子局域化具有重要的基础和技术意义。单层过渡金属二硫族化物半导体中的量子缺陷已经被提出作为稳定的和可扩展的光学可寻址自旋量子比特。然而，强自旋-轨道耦合对它们的动力学响应的影响，例如在光学激发下，仍然是难以捉摸的。在这方面，我们研究了自旋轨道耦合对单层过渡金属二硫族化合物，二硫化钼（MoS $_2$）和二硫化钨（WS $_2$）中单个硫族空位缺陷中的电子-声子相互作用的影响。从从头算电子结构理论计算，我们发现，自旋轨道相互作用调整的电子-声子耦合的大小在光学和电荷状态的转变的缺陷，调制各自的效率。这一观察开辟了一个有前途的计划，动态调制材料特性，以调整量子缺陷的局部行为。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Superconducting contacts to a monolayer semiconductor
我们展示了超导垂直互连访问（VIA）接触到单层二硫化钼（MoS $_2$），分层半导体具有高度相关的电子和光学性能。作为接触材料，我们使用MoRe，一种具有高临界磁场和高临界温度的超导体。电子输运主要是由一个单一的超导体/正常导体结与一个明确的超导体间隙。此外，我们发现的MoS $_2$区域是强耦合到超导体，导致共振Andreev隧穿和结依赖的间隙特性，表明超导邻近效应。磁电阻测量表明，能带结构和高本征载流子迁移率保持完整的大部分的MoS $_2$。这种类型的VIA接触适用于各种层状材料和超导接触，开辟了一条通往单层半导体的道路，作为超导混合器件的平台。
2021-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Atomically thin mirrors made of monolayer semiconductors
过渡金属二硫属化合物单分子膜是探索新的电子和光学现象以及实现原子级薄光电子器件的理想材料。它们拥有紧密结合的电子-空穴对（激子），可以被共振光场有效地激发。在这里，我们证明了一个单层的二硒化钼（MoSe 2）可以显着修改激子共振附近的光传输，作为一个电开关镜，反射高达85%的入射光在低温下。这种高反射率是由六方氮化硼封装的这种原子级薄半导体中激子的优异相干特性的直接结果。此外，我们表明，MoSe 2单层具有功率和波长依赖的非线性，源于激子为基础的晶格加热的情况下，连续波激发和激子-激子相互作用时，快速，脉冲激光激发。这些观测为研究量子非线性光学现象和拓扑光子学以及光学器件的微型化提供了新的可能性。
2017-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic, transport and optical properties of monolayer $α$ and $β-$GeSe: A first-principles study
黑色磷烯的特殊性质和新颖的应用引起了人们对IV族单硫族化合物的研究兴趣。在这里，使用第一性原理计算，我们系统地研究单层$α-$和$β-$ GeSe的电子，传输和光学性质，后者是最近实验实现的。结果表明，单层$α-$ GeSe是直接带隙为1.6 eV的半导体，单层$β-$ GeSe是间接带隙为2.47 eV的半导体.对于单层$β-$ GeSe，电子/空穴传输是各向异性的，具有沿Z字形方向的7.84 $\times10^4$ $cm^2/V\cdot {s}$的极高电子迁移率，与黑色磷烯相当。此外，对于$β-$ GeSe，观察到几乎与沿Z字形方向施加的拉伸应变无关的鲁棒带隙。单层$α-$和$β-$ GeSe在可见光谱中都表现出各向异性的光吸收。
2017-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the Nanoscale Excitonic Landscape and Quantum Confinement of Excitons in Gated Monolayer Semiconductors
本研究利用阴极发光光谱探测静电栅控单层 $WS_2$，分辨栅控与非栅控区域间的同质结，并发现电子束与栅场共同诱导的非传统掺杂所形成的激子限制通道。
2025-08-30 cond-mat.mes-hall
Designing Efficient Metal Contacts to Two-Dimensional Semiconductors MoSi$_2$N$_4$ and WSi$_2$N$_4$ Monolayers
与二维（2D）半导体的金属接触在现代电子和光电子器件中普遍存在。然而，这种接触经常受到强烈的费米能级钉扎（FLP）效应的困扰，这降低了肖特基势垒高度（SBH）的可调谐性，并降低了基于2D半导体的器件的性能。在这项工作中，我们表明，单层MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$ -一个最近合成的二维材料类具有特殊的机械和电子性能-表现出强烈抑制FLP和宽范围可调SBH时，与金属接触。获得了S=0.7的异常大的SBH斜率参数，其优于绝大多数其他2D半导体。这种令人惊讶的行为源于MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$的独特形态。外围的Si-N层形成保护半导体内核免受金属接触的干扰的原生原子层，从而抑制FLP。我们的研究结果揭示了MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$单层膜作为设计高性能和节能的2D纳米器件的新型2D材料平台的潜力。
2020-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anomalous Stark Shift of Excitonic Complexes in Monolayer Semiconductor
单层过渡金属二硫属化物半导体托管强约束的二维激子复合物，并形成一个很好的平台，通过操纵库仑相互作用探测多体物理。量子限制斯塔克效应是动态调谐这些激子复合物发射线的途径之一。在这项工作中，使用高品质的石墨烯/hBN/WS $_2$ /hBN/Au垂直异质结，我们首次证明了，一个面外电场驱动的变化，在四个不同的激子物种，即中性激子，带电激子（trion），带电双激子，和缺陷束缚激子的斯塔克位移从蓝色到红色的符号。这种普遍的非单调斯塔克位移与电场之间的竞争产生的传统的量子限制斯塔克效应驱动的红移和抑制的结合能驱动的异常蓝移的发射线，后者占主导地位，在低场制度。我们还发现，单层TMDC的封装环境中起着重要的作用，波函数传播，因此在确定的蓝斯塔克位移的大小。中性和带电激子物种的结果与Bethe-Salpeter方程的计算非常一致，该方程使用七带每自旋紧束缚哈密顿量。这一发现对研究二维多体相互作用以及开发基于层状半导体的可调谐光电子器件具有重要意义。
2020-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Excitonic Complexes and Emerging Interlayer Electron-Phonon Coupling in BN Encapsulated Monolayer Semiconductor Alloy: WS0.6Se1.4
过渡金属二硫属化合物（TMD）单层膜具有优异的光学性质，包括可以通过一定螺旋度的激发光获得的谷自由度。虽然WS 2和WSe 2由于强自旋轨道耦合而以其优异的谷偏振而闻名，但光学带隙受到仅从这两种材料中选择的能力的限制。这种限制可以通过单层合金半导体WS 2xSe 2（1-x）来克服，它有望成为具有可调带隙的原子级薄半导体。在这项工作中，我们表明，高品质的BN封装单层WS0.6Se1.4继承了钨基TMD的优越的光学性能，包括~ 6 meV的trion分裂和高达~ 60%的谷偏振。特别是，我们首次证明了新兴的和门可调层间电子-声子耦合在BN/WS0.6Se1.4/BN范德华异质结构，这使得否则光学沉默拉曼模式可见。此外，新兴的拉曼信号可以大大增强的共振耦合到单层WS0.6Se1.4 A激子的2s状态。BN/WS 2xSe 2（1-x）/BN范德华异质结具有可调的带隙，从而为探索谷自由度和新兴的二维激子物理提供了一个令人兴奋的平台。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall
Exciton diffusion and halo effects in monolayer semiconductors
我们直接监测激子在独立和SiO2支持的WS 2单分子膜在环境条件下通过空间和时间分辨的微光致发光的传播。我们发现高度非线性行为的特征，激子发射和有效扩散系数从0.3增加到超过30厘米2/秒的空间分布的定性变化，这取决于注入的激子密度。解决扩散方程，同时占俄歇复合使我们能够识别和定量地了解所观察到的扩散系数增加的主要来源。在高激发密度下，激子的初始高斯分布演变成具有微米级直径的长寿命晕形状，表明激子动力学中的额外记忆效应。
2018-05-20 cond-mat.mes-hall
CMOS-compatible Strain Engineering for High-Performance Monolayer Semiconductor Transistors
本文提出用CMOS兼容的氮化硅覆盖层在350 °C下向单层MoS2晶体管引入拉伸应变，显著提升短沟道器件电流，增益主要来自肖特基势垒降低。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Landau levels and Shubnikov-de Haas oscillations in monolayer transition metal dichalcogenide semiconductors
用多带$\mathbf{k}\cdot\mathbf{p}$理论研究了单层过渡金属二硫族化物半导体的朗道能级谱。我们发现，在很宽的磁场范围内，朗道能级可以用谐振子谱和描述谷简并破缺的磁场线性项来表征。讨论了带色散的非抛物性对朗道能级谱的影响。受最近的磁输运实验的启发，我们使用自洽玻恩近似和Kubo形式主义来计算纵向电导率的Shubnikov de-Haas振荡。我们研究了掺杂水平、能带的自旋分裂和朗道能级的破谷简并度对磁导振荡的影响。出于最近的实验，我们考虑单层MoS $_2$和WSe $_2$作为具体的例子，并比较数值计算的结果和分析公式，这是有效的半经典制度。最后，我们简要地分析了最近的实验结果（参考文献[18]）使用我们已经开发的理论方法。
2015-10-20 cond-mat.mes-hall
Operating Principles of Vertical Transistors Based on Monolayer Two-Dimensional Semiconductor Heterojunctions
对一种基于双栅原子薄异质结的垂直晶体管进行了理论研究。p型和n型晶体管操作都可以通过使用两个栅极中的一个作为开关栅极来方便地实现。由于漏致耗尽和隧道势垒层的缺乏，晶体管显示出良好的饱和输出I-V特性。由于作为切换机制的带通滤波，亚阈值斜率可以低于超声波极限。原子级薄的垂直PN异质结可以从II型异质结静电调制到断裂带隙对准，这对于最大化导通电流是优选的。
2014-08-13 cond-mat.mes-hall
Giant effective Zeeman splitting in a monolayer semiconductor realized by spin-selective strong light-matter coupling
光与二维电子气（2DEG）的基本激发之间的强耦合对于纯物理学和未来光子纳米技术的理解和发展都具有基础性的重要意义。在这里，我们研究的单层半导体，MoSe $_2$，和光-物质相互作用的零维光学微腔修改的自旋极化之间的关系。我们发现强大的自旋磁化率的2DEG，同时增强和抑制三角极化激元形成相反的光子螺旋。这导致观察到一个巨大的有效谷塞曼分裂的三振子极化激元（g因子>20），超过纯三振子分裂超过五倍。更进一步，我们观察到由谷特定的强光-物质耦合制度的高度非线性行为引起的鲁棒有效光学非线性，并且允许从4到>10 meV的极化激子塞曼分裂的全光学调谐。我们的实验奠定了基础工程量子霍尔类相位与真正的单向性在单层半导体，伴随着巨大的有效光子非线性植根于多体激子-电子相关性。
2021-09-13 cond-mat.mes-hall
Diode-like Selective Enhancement of Carrier Transport through Metal-Semiconductor Interface Decorated by Monolayer Boron Nitride
二维（2D）半导体是下一代纳米电子学有前途的候选材料。然而，存在与其金属-半导体（MS）接触相关的基本挑战，这限制了实际器件应用的性能潜力。在这项工作中，我们利用二维单层六方氮化硼（h-BN）作为装饰层，形成金属-绝缘体-半导体（MIS）接触，并证明了一种新的二极管样的选择性增强载流子输运通过它。与传统的MS接触相比，由电子发射和量子隧穿共同主导的MIS接触可以显著降低接触电阻并提高电子输运从半导体到金属，但对相反的电子输运的影响可以忽略。我们还研究了负势垒高度的概念，载流子收集势垒，并显示其在漏端的关键作用，以确定整体晶体管的性能。
2020-07-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Coherent spin dynamics of excitons in strained monolayer semiconductors
建立了二维过渡金属二硫属化物在弹性应变下的相干激子自旋谷动力学模型。应变分裂线偏振态的激子辐射偶极子。因此，它感应出一个作用于激子赝自旋的有效磁场，并导致其进动。结果表明，在圆极化激发下，激子的圆极化随时间振荡，同时也出现了随时间振荡的线极化。研究了应变诱导的有效磁场与激子纵横向分裂产生的场的竞争。我们揭示了二维激子的相干自旋动力学的不同制度。特别是，我们表明，足够大的应变引起的和横向分裂的两个频率相关的这些分裂出现在激子圆极化拍频。
2022-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
